Методы измерения влажности воздуха: Основные методы определения влажности воздуха | Холод-проект

Содержание

Измерение относительной влажности воздуха: Какой метод измерения предпочтительней?

Известные всем со школы приборы типа ВИТ (ВИТ-1, ВИТ-2), позволяющие измерять относительную влажность воздуха, похоже, скоро уйдут в прошлое. На смену им приходят современные измерители влажности воздуха с микропроцессорным управлением. О достоверности результатов, полученных с помощью этих, кардинально различающихся по методу измерения приборов и пойдет речь в этой статье (Читайте также статью «Что такое влажность воздуха? Как правильно измерять влажность? Давление водяного пара. Таблицы и примеры расчета.»). Далее для краткости будем именовать их соответственно: «термогигрометры ВИТ» и «цифровые термогигрометры». Рассмотрим два метода измерения относительной влажности воздуха, используемых в этих приборах:

Психрометрический метод измерения относительной влажности воздуха.

Термогигрометры ВИТ используют психрометрический метод измерения влажности, основанный на разнице показаний «сухого» и «увлажненного» термометров. После снятия показаний термометров по психрометрической таблице определяют относительную влажность воздуха. Это исторически самый старый метод измерения относительной влажности воздуха.

На погрешность измерения при использовании этого метода оказывают влияние атмосферное давление, скорость аспирации, температура воздуха, чистота заливаемой воды, запыление тканевого материала. Кроме всего погрешность, возникающую при изменении свойств тканевого материала (например, тканевый материал запылится и высохнет) и изменении скорости движения воздуха около датчиков, трудно заметить. В итоге, даже поверенный психрометр может иметь недостоверность показаний 20 % и выше, особенно при низких уровнях влажности. К недостаткам психрометрических термогигрометров ВИТ можно отнести постоянную необходимость контроля влажного тканевого материала, обязательное введение индивидуальных поправок к показаниям термометров. Самое неоспоримое достоинство же таких приборов очень привлекательная цена.

Метод прямого измерения относительной влажности воздуха.

Современные цифровые термогигрометры используют так называемый метод прямого измерения относительной влажности воздуха. Для измерения влажности прямым методом используются датчики, основанные на различных физических принципах и выполненные по различным технологиям. Можно выделить основные четыре типа датчиков: емкостные, резистивные, на основе оксида олова и на основе оксида алюминия. Рассмотрим кратко особенности каждого типа (табл. 1).

Таблица 1.

Отличительные особенности различных типов датчиков влажности

Тип датчика	Особенности
Емкостной	Высокая надежность, высокий выход годных кристаллов, низкая стоимость, широкий рабочий диапазон.
Резистивный	Самые дешевые, малая доля рынка.
На основе оксида олова	Плохая стабильность, плохая взаимозаменяемость
На основе оксида алюминия	Узкий диапазон измерения (малая влажность)

Из этих представленных четырех основных типов для измерения влажности самым оптимальным по совокупности параметров является емкостной. Он обеспечивает широкий диапазон измерений, высокую надежность и низкую стоимость при использовании микроэлектронной технологии, которая позволяет производить емкости планарного типа тонкопленочным методом. Благодаря этому мы имеем миниатюрные габариты чувствительного элемента, возможность имплементации на кристалле специализированной интегральной схемы обработки сигнала. Технологичность и высокий выход годных кристаллов обеспечивают малую стоимость продукции данного типа. Итак, для измерения влажности емкостной метод является лучшим.

Именно такие датчики для измерения относительной влажности применяются в современных цифровых термогигрометрах.

Особенно хочется обратить внимание на ряд специфических моментов, возникающих при определении параметра относительной влажности в рабочих, производственных и других помещениях в холодное время года.

В холодное время года относительная влажность в помещениях имеет низкое значение (15-30 %). С наступлением холодного времени года приходится констатировать, что достаточно часто пользователи, сопоставляя результаты измерения относительной влажности, полученных с помощью цифровых приборов, оснащенных емкостными датчиками, с показаниями приборов типа ВИТ, получают совершенно расходящиеся результаты.

Так, в холодное время года, используя при замерах приборы ВИТ, получают значения относительной влажности 40…70 % в отапливаемых помещениях. Цифровые приборы в тех же условиях показывают гораздо меньшую величину относительной влажности. Показания какого прибора верны, если и тот и другой прибор прошли метрологическую поверку? Далее этот вопрос будет рассмотрен подробно.

Таблица 2.

Соотношение между параметрами абсолютной (a), относительной (φ) влажности, объемным влагосодержаниемт (Х, ppm) и температурой точки росы (t_росы), при температуре исследуемого воздуха t =+20 °С.

φ,%	а , г/м³	X, ppm	t_росы,°С	φ, %	а, г/м³	X, ppm	t_росы,°С
0,56	0,123	127	-40	60,00	10,60	13842	12
0,68	0,150	159	-38	64,00	11,30	14777	13
0,86	0,186	198	-36	68,00	12,06	15777	14
1,07	0,230	246	-34	73,00	12,80	16830	15
1,33	0,284	340	-32	77,65	13,60	17934	16
1,63	0,345	376	-30	82,93	14,48	19151	17
1,97	0,420	462	-28	88,20	15,36	20368	18
2,44	0,510	566	-26	93,90	16,30	21684	19
3,00	0,622	691	-24	100,0	17,30	23097	20
3,64	0,740	841	-22		18,30	24540	21
4,41	0,900	1020	-20		19,40	26092	22
5,34	1,08	1230	-18		20,00	27724	23
6,46	1,30	1490	-16		21,77	29447	24
7,74	1,64	1790	-14		23,00	31263	25
8,55	1,70	1960	-13		24,40	33171	26
9,27	1,84	2140	-12		25,70	35184	27
10,20	2,01	2349	-11		27,20	37303	28
11,50	2,27	2560	-10		28,70	39523	29
12,11	2,38	2804	-9		30,40	41868	30
13,30	2,58	3060	-8		32,05	44342	31
14,45	2,81	3338	-7		33,80	46921	32
16,73	3,05	3630	-6		35,60	49645	33
17,10	3,31	3965	-5		37,60	52500	34
18,72	3,60	4320	-4		39,60	55500	35
20,20	3,89	4695	-3		41,70	58631	36
22,14	4,22	5100	-2		43,90	61934	37
24,06	4,50	5549	-1		46,20	65381	38
26,00	4,80	6020	0		48,60	69000	39
28,04	5,20	6481	1		51,15	72789	40
30,13	5,60	6950	2		53,80	76763	41
32,40	5,90	7480	3		56,50	80921	42
34,75	6,30	8028	4		59,40	85263	43
37,27	6,80	8609	5		62,30	89737	44
40,00	7,26	9230	6		65,14	94579	45
42,80	7,70	9886	7		68,70	99539	46
45,80	8,20	10586	8		72,05	104737	47
49,06	8,80	11328	9		75,60	110145	48
52,50	9,40	12117	10		79,20	115816	49
56,00	10,00	12498	11		83,06	121724	50

Пример 1: По данным метеосводки: температура атмосферного воздуха t_a=0 °С; относительная влажность в атмосфере φ_a=100 % (=> t_росы этого воздуха при этом =t_а=0 °С). Температура точки росы (t_росы) — величина, характеризующая влажность воздуха: это температура, при которой исследуемый воздух имеет φ=100 % (отн. вл.) или а=а_max (абсолютная влажность в г/м³) — полное влагонасыщение (т.е. при понижении температуры исследуемого воздуха нижеt_росы начинается процесс конденсации избыточной влаги — выпадает роса). Воздух с улицы проникает в помещение, где температура

t=+20 °С. По таблице 2 видно, что нагревшийся до температуры t=+20 °С атмосферный воздух (у которого влажность t_росы= 0 °С), имеет величину относительной влажности φ =26 %, см, строку, где t_росы =0 °С.

Пример 2: По данным метеосводки t_a = -10 °С; φ_a =80 %. По таблице 2 определяем, что при t_росы = t_a = -10 °С максимальное значение абсолютной влажности а_max=2,27 г/м³ (т. е. при 100% относительной влажности). Соответственно, при относительной влажности 80% абсолютная влажность атмосферного воздуха (при t_a =-10 °С) составит а=а_max*φ =2,27*0,8=1,82 г/м³.

В помещении t=+21 °С (см. в таблице строка t_росы =+21 °С). Находим, что максимальная абсолютная влажность (а_max) воздуха при t=+21 °С составила бы 18,3 г/м³. Получаем значение φ проникшего воздуха (для t=+21 °С): φ =(а/а_max)*100 % =(1,82/18,3)*100 % =9,9%

Пример 3. Допустим, что при той же метеосводке (t_a =-10 °С, φ_a=80 %) исследуется помещение с температурой t =+18 °С. По примеру 2 а_{атм воздуха} 1,82 г/м³. Тогда, по таблице 2 а_max (см. строчку t_росы =+18 °С, напоминаем, что при этой температуре точки росы в воздухе содержится максимально возможное количество влаги)=15,36 г/м³, и следовательно: φ (+18 °С)=(а_а.в./а_max)*100 % =(1,82/15,36)*100 % =11,8 %

Из приведённых примеров видно, что холодный атмосферный воздух, имеющий на улице высокую влажность (80… 100 %), попадая в отапливаемые помещения, в которых нет специальных увлажнителей воздуха, приобретает низкие значения уровня влажности (10…30 %), т.к. относительная влажность воздуха зависит, в основном, от количества содержащихся в нём молекул воды (которое не меняется при попадании его с улицы в помещения) и его температуры (отличающейся существенно). Разумеется, полученные очень низкие значения влажности обусловлены расчётом для «идеальных» условий. На самом деле, в помещениях влажность будет немного выше расчётных за счёт дыхания людей, неполного воздухообмена с уличным воздухом (влага накапливается), открытых источников влаги (краны, открытые емкости с водой и т. п.), но вклад их не столь значителен.

Следовательно, с одной стороны, чем ниже температура атмосферного воздуха и чем он суше, а с другой стороны, чем выше температура воздуха в помещениях, тем меньше реальная величина относительной влажности воздуха в помещениях.

Итак, мы выяснили, что психрометры, особенно не имеющие системы принудительной аспирации (типа ВИТ), имеют репутацию весьма недостоверных приборов, на точность показания которых влияет ряд причин, рассмотренных выше. Достоверность же результатов, полученных с помощью цифровых измерителей влажности не вызывает сомнений.

В настоящее время рынок цифровых термогигрометров достаточно насыщен. Обширно представлены в этом сегменте и зарубежные и отечественные производители. К сожалению, ряд цифровых термогигрометров неспособны полноценно заменить приборы ВИТ. Этому есть ряд причин, главная из которых, это отсутствие у прибора сертификата об утверждении типа средства измерения. Это в основном дешевые приборы производства КНР. Приборы же отдельных отечественных производителей не выдерживают критики по таким качественным параметрам, как эргономика и главное надежность. А качество, как известно, категория экономическая.

Как пример хорошо сбалансированных по соотношению цена/качество приборов для измерения температуры и влажности, можно привести Портативный измеритель влажности IT-8-RHT

Этот переносной измеритель влажности производства НПК «Рэлсиб» обладает рядом достоинств:
• Широкий диапазон температуры эксплуатации от мин 40°С до +55°С
• Подключение взаимозаменяемых первичных преобразователей через соединители
• Два варианта подключения преобразователя температуры и влажности: жёстко к корпусу, через соединительный кабель
• Наличие дополнительного канала с НСХ Pt1000 для измерения температуры в широком диапазоне
• Широкий ассортимент датчиков температуры для дополнительного канала измерения
• Высокая точность измерения
• Низкая дополнительная температурная погрешность
• Задание порога звуковой и световой сигнализации
• Запоминание макс. и мин. значений
• Индикация температуры точки росы и точки инея
• Яркий большой светодиодный индикатор
• Возможность пользовательской юстировки без нарушения заводской настройки
• Прочный, герметичный, с прорезиненными вкладышами корпус

Если кроме измерения влажности требуется и регистрация значений, с возможностью просмотра данных на компьютере и формирования отчета, тогда оптимальным прибором для измерения и регистрации будет наш новый переносной измеритель – регистратор влажности и температуры EClerk-M-RHT.

Особенности измерителя-регистратора
• 2 канала
• яркий светодиодный индикатор
• большой объём памяти
• высокая точность
• современный эргономичный корпус
• расширенный диапазон температуры эксплуатации
• современное ПО для конфигурирования и работы с данными
• возможность записи с временными интервалами
• чувствительный элемент встроен в корпус
• в белом или черном корпусе

Если вам нужен высокоточный прибор для измерения и регулирования относительной влажности воздуха, с возможностью передачи данных по электронной почте — вам подойдет измеритель относительной влажности и температуры ИВИТ-М. Прибор сертифицирован как средство измерения в России, в республиках Казахстан и Беларусь.

Основные достоинста прибора:
• Взаимозаменяемый чувствительный элемент без потери точности
• Высокая точность измерения и стабильность показаний
• Яркий светодиодный индикатор
• Встроенный микронагреватель чувствительного элемента для защиты от конденсации влаги
• Возможность подключения до 247 приборов в одну сеть
• Возможность оснащения архивом и двухпозиционного регулятора
• Различные конструктивные исполнения (канальное, настенное, уличное)

2015 г.

Измерение влажности. Методы и работа. Устройство и приборы

Измерение влажности жидких веществ зависит от полярности жидкости, то есть, если вода хорошо растворяется в жидкости, то такая жидкость полярная, и наоборот. Например, бензин является неполярной жидкостью, а спирт – полярной. Концентрация воды в полярной жидкости может быть любой. Плотность жидкости наиболее удобно определять ареометром, который имеет плавающую шкалу.

В неполярной жидкости содержание воды определяют по изменению диэлектрической проницаемости, так как вода в таких жидкостях растворяется в незначительных количествах. Измерение влажности сухих веществ производят методом высушивания в лабораторных условиях. Для этого сравнивают массу вещества до сушки, и после нее. Чтобы быстро определить влажность, применяют специальные измерительные устройства.

В каждом конкретном случае, в котором необходимо измерение влажности, существуют специальные методы.

В настоящее время наиболее популярным стало:

Измерение влажности воздуха для осуществления мониторинга погодных условий с некоторым предсказанием возможного изменения влажности.
Нормы гигиены по содержанию в воздухе влаги.
Условия технологии, зависящие от влажности внешней среды.

Измерение влажности на химическом производстве требуется для определения влаги в сыпучих или твердых материалах. Например, для управления режимом работы печей требуется контроль текущей величины влажности газов или воздуха. При выполнении сушки в химическом производстве также необходимо периодически измерять содержание влаги в различных веществах. Такой процесс требует значительных затрат энергии, достигающих 15% расходуемого топлива. Например, перед фасовкой цемента, удобрений в мешки осуществляют предварительную сушку.

Психрометрический метод

Заключается в том, что измеряется разность температур 2-х термометров: сухого и влажного. С помощью специального фитиля мокрый термометр поддерживается во влажном состоянии, путем его непрерывного смачивания водой. Вода испаряется с поверхности термометра, тем самым охлаждает его. Скорость испарения прямо пропорционально зависит от влажности. Чем более сухой газ, тем быстрее будет испаряться вода с мокрого термометра. Возникает разность температур влажного и сухого термометров, по которой определяют влажность газа.

Формула для определения влажности использует зависимость между значениями обоих термометров, и давлением пара:

р _{н. м} – р = А р_б(t _c – t _m)

где р –давление газа, р _н.м. – давление пара при t_m (влажного термометра), р_б – давление по барометру, А – психрометрическая константа, t _c – температура сухого термометра.

По следующей формуле определяют относительную влажность:

φ = р : р _н.с*100 = 100 * [р _н.м – А р _б(t_c – t_m)] : р _н.с

где р н.с, р н.м – парциальное давление насыщенного пара при температурах t c и t m. В связи с тем, что р н.с и р н.м однозначно определяются t c и t m, то при А = const, можно получить зависимость:

φ = f(t _c – t _{m ,}t _c)

Исходя из этой формулы, рассчитываются психометрические таблицы, которые отличаются в зависимости от различных видов термометров. Константа А зависит от условий отведения тепла от термометра во внешнюю среду. В связи с этим для отдельного устройства термометра величина А будет отличаться от других.

Для создания постоянного значения параметра А в каждом термометре создают такой обдув термометра, при котором этот параметр будет постоянным. Шкала психрометра имеет градуировку в влажности. Принцип действия разных видов психрометров одинаков.

Сорбционный метод

Заключается в связи свойств материалов с количеством поглощенной влаги, зависит от влажности контролируемого газа. Работа сорбционного влагомера описана ниже.

Метод точки росы

Фиксация температуры конденсации пара до момента насыщения влагой. Абсолютную влажность вычисляют по температуре точки росы. Это наиболее точный способ, позволяющий при любом давлении газа измерить влажность.

Чувствительным элементом является зеркало, которое требуется охлаждать для образования на нем конденсата влаги газа. Для измерений температуры образования росы спроектированы влагомеры с автоматическим действием.

Очищенная газовая смесь поступает по каналу 1 в камеру 2. В этой камере газ касается с зеркалом оптического канала 3. По нему поток света попадает на оптрон 5 от источника 4. Происходит охлаждение поверхности 3 с помощью термобатареи 6, которая функционирует на элементах Пельтье. Ее принцип действия заключается в протекании тока через поверхности прикосновения разных типов проводников. Вследствие этого выделяется тепло или холод.

При подходе к точке росы оптрон закрывается, и протекание тока по термобатарее прерывается. Термопара 7 определяет температуру точки росы.

На практике имеются трудности в осуществлении этого метода измерения:

Определение момента конденсации зависит от способа фиксации.
Температура конденсации росы зависит от вида поверхности. Значительно снизить температуру росы может наличие жирных веществ.
В агрессивных химически активных газах точка росы может иметь значительные отличия от расчетных значений. Агрессивные газы могут взаимодействовать на поверхность выпадения росы, вызывая ее коррозию.

Влагомеры сорбционного типа

В таких типах чувствительный компонент должен быть в равновесии с контролируемым газом. Практическую популярность получили несколько видов преобразователей.

Электролитические

Содержат электролит. Влажность газа изменяется, вследствие чего изменяется объем влаги на чувствительном элементе. Это ведет к изменению концентрации электролита на чувствительном элементе.

В состав электролита входит хлористый литий. Схемы измерений таких моделей являются мостовыми схемами измерений. Электролитические гигрометры имеют такие недостатки, как влияние концентрации вещества, а также непостоянство характеристики градуировки на измерения.

Электролитические измерители с подогревом по конструкции подобны измерителям электролитического типа без подогрева. Но их принцип работы имеет отличия. Изменение величины электропроводности обуславливает изменение температуры преобразователя.

В случае, если влажность газа повышается, следовательно, повышается электрическая проводимость преобразователя. Это приводит к повышению тока, испарению влаги, что приводит к снижению электрической проводимости.

Температура, которая соответствует этому равновесию, подлежит измерению преобразователем. Электролитические влагомеры, имеющих подогрев, обладают повышенной надежностью и простотой конструкции. Их свойства не зависят от загрязнения и пыли

Кулонометрические преобразователи

Выполняют измерение влажности по электрической энергии, потраченной на электролиз влаги, поглощаемой пентаоксидом фосфора. В таких приборах преобразователь включает в себя пластиковый корпус. В его внутреннем канале находятся два электрода, выполненных в виде спиралей, которые не касаются друг друга. Промежуток между электродами занят пентаоксидом фосфора, который обладает хорошей способностью к сушке.

Влага, находящаяся в газе, при соединении с гигроскопическим веществом, создает раствор фосфорной кислоты, имеющей повышенную удельную проводимость. При подключении питания возникает электролиз поглощаемой влаги. При неизменном расходе газа объем воды равен концентрации влаги в контролируемом газе.

Достоинством кулонометрических влагомеров стала независимость показаний от питания и составных частей газа. На качество измерения не влияет загрязненность сорбента. Этот способ не нуждается в градуировке эталонных смесей, и является оптимальным для замеров минимальных концентраций влаги в газе.

Отрицательным фактором способа является необходимость недопущения газов, которые имеют щелочную реакцию. Чувствительный элемент может выйти из строя при их присутствии. Также на точность измерения влияет наличие спиртов.

Пьезосорбционные гигрометры

Работают по принципу применения зависимости частоты колебаний от веса влаги, которая поглощена сорбентом, находящемся на кварцевой пластине.

Характеристики метрологии пьезосорбционных влагомеров зависят от материала сорбента и способа его нанесения на кварцевую пластину. Использование силикагеля позволяет применять пьезосорбционный способ для измерения минимальной концентрации влаги. Устройство чувствительного компонента имеет элементарную конструкцию.

Гигрометры пьезосорбционного типа нуждаются в градуировке по газам, имеющим уже известную величину влажности. Могут быть дополнительные погрешности из-за сорбирования кроме влаги других компонентов контролируемого газа. Такие модели гигрометров используются в химическом производстве и при исследованиях материалов в термобарокамерах.

Измерение влажности

Оптический метод основывается на ослаблении ИК излучения из-за поглощения его водяными парами.
Конденсационный метод заключается в охлаждении газа в холодильнике до окончательной конденсации влаги. Затем влагу измеряют. Этот метод является абсолютным, однако при этом необходимы более трудные процессы.
Тепловой способ измерение влажности заключается в эффекте разной теплопроводности влажных и сухих газов.
Радиационный метод основан на зависимости поглощения инфракрасных лучей, зависящих от влажности.
Емкостный метод основывается на принципе действия емкости, ее емкость будет намного выше, если газ более сухой, так как влага, попавшая между обкладками, снижает емкость.
Кондуктометрический метод работает на зависимости влажности газа от его электрической проводимости. При возрастании влажности повышается и проводимость газа.

Полное руководство — Davis Instruments

Если вы когда-либо наблюдали за погодой, то знаете, что измерение влажности важно для правильного прогнозирования и понимания теплового комфорта. Высокая влажность может означать, что пришло время выключить кондиционер и вентиляторы для охлаждения, а также может означать повреждение или порчу продукта в промышленных условиях.

Вот почему специальная сеть датчиков Davis была разработана для измерения внутренней и внешней влажности, температуры и других уровней в конкретной среде в соответствии с вашими уникальными потребностями.

Чтобы лучше понять влажность и способы ее измерения, давайте немного углубимся в то, как измерять влажность и какие инструменты измеряют влажность.

Что такое влажность?

Влажность – это количество водяного пара в воздухе. Причиной влажности является испарение воды и превращение ее в мельчайшие капельки, взвешенные в воздухе. Капли настолько малы, что имеют характеристики газа, а не жидкости. Относительная влажность (RH) — это показатель того, насколько насыщен воздух при его текущей температуре. Поскольку теплый воздух может «удерживать» больше водяного пара, чем холодный, относительная влажность более теплого воздуха будет ниже, чем у холодного, даже при том же количестве водяного пара.

При высокой относительной влажности воздух кажется влажным и липким. Вы могли заметить, что воздух ощущается таким после летнего дождя, когда выглядывает солнце и начинает испаряться вода, или прямо перед летней грозой. Это связано с тем, что воздух становится более насыщенным водяным паром.

Когда относительная влажность достигает 100%, она начинает конденсироваться и выпадать в виде дождя.

Что такое точка росы?

Точка росы – это температура, при которой воздух без изменения давления должен быть охлажден, чтобы стать полностью насыщенным. При такой температуре влага будет конденсироваться в виде росы. Это важно для прогнозирования образования росы, инея, тумана и даже минимальной температуры.

Как измеряется влажность?

Когда вы понимаете основные принципы работы водяного пара и воздуха, измерение влажности становится простым процессом. Выраженный как относительная влажность, он требует измерения как водяного пара, так и температуры. Какими приборами измеряют влажность? Гигрометр – это прибор, используемый для измерения влажности. Гигрометры бывают как аналоговые, так и цифровые, но современные цифровые гигрометры более точны, поэтому сегодня они используются чаще всего.

Датчик температуры и влажности Davis измеряет температуру и влажность как внутри, так и снаружи. Внешние датчики размещены в защитном радиационном щите на блоке датчиков. Внутренние датчики температуры и влажности находятся внутри консоли (или монитора качества воздуха WeatherLink Live или AirLink). Вы также можете добавить дополнительную станцию измерения температуры и влажности внутри или снаружи к вашей системе Vantage Pro2 или EnviroMonitor. Они станут отличным дополнением к вашей метеостанции, лаборатории с контролируемой влажностью или складу, где хранятся продукты, чувствительные к влажности. Как и все продукты Davis Instruments, датчик температуры и влажности Davis основан на 50-летнем опыте и инновациях. Это означает, что они известны своей точностью и надежностью.

Найдите подходящую метеостанцию для вас

Перед лицом растущих экологических рисков AEM является важным источником информации о погоде, климате, молниях, наводнениях, лесных пожарах, управлении водными ресурсами и многом другом.

Узнайте больше об AEM и всех наших решениях здесь.

Stork Instruments — Урок 3

Stork Instruments /

Школа влажности /

Урок 3 — Методы измерения влажности

Урок 3

Методы измерения влажности

Поглощение, испарение и конденсация — три основных принципа, используемых для практического измерения влажности.

Волосяной гигрометр
Размеры натуральных и синтетических материалов изменяются в зависимости от изменения влажности. В гигрометре человеческого волоса используется пучок волос, натянутых в механическом устройстве. Расширение и сжатие пучка из-за изменений влажности и температуры передаются через связь на стрелочный указатель или записывающий механизм. Показания предоставляются с точки зрения относительной влажности. Этот метод доминировал в измерении влажности с конца 18 до конца 20 века.

Психрометр с влажным и сухим термометром
Используемый в 19 веке недорогой метод определения влажности воздуха. Прибор зависит от использования двух одинаковых термометров, один из которых имеет смоченный фитиль, окружающий колбу. Температура, регистрируемая термометром с «влажным термометром», занижена из-за энергии, необходимой для испарения воды из фитиля. Степень охлаждения связана с давлением водяного пара в атмосфере и энтальпией испарения. Относительную влажность можно определить по показаниям двух термометров, обращаясь к психрометрическим таблицам. Существуют современные реализации этого принципа, в которых вместо стеклянных ртутных термометров используются термопары. Приборы, которые полагаются на испарение или принудительную тягу, а не на естественную тягу, более точны.

Электролитический гигрометр
Закон электролиза Фарадея лежит в основе электролитического гигрометра. Бифилярная платиновая обмотка на кварцевой или тефлоновой трубке, покрытой пятиокисью фосфора, представляет собой измерительную ячейку. Влага, содержащаяся в потоке газа, поглощается гигроскопичным пятиокисью фосфора и непрерывно подвергается электролизу с образованием входящих в его состав газообразных водорода и кислорода. Подаваемый ток электролиза прямо пропорционален электролизу воды и используется для отображения в подходящих единицах.

Емкостные, резистивные и импедансные гигрометры
В гигрометрах этого типа гигроскопическая среда, такая как полимер или оксид алюминия или кремния, зажата между двумя электропроводящими слоями, один из которых проницаем для водяного пара. Измерение электрической емкости, импеданса или сопротивления является основой этого типа, и сегодня этот метод используется в большинстве промышленных гигрометров. Бикерамический датчик импеданса STORK – это новейшая разработка этого типа, которая особенно подходит для измерений в диапазонах влажности от следовых до промежуточных.

Измеритель точки росы с охлаждаемым зеркалом
Этот тип зависит от определения температуры точки росы газа путем охлаждения зеркала, через которое течет образец газа. Основной метод основан на термоэлектрическом эффекте Пельтье, тепловом насосе (обычно называемом просто Пельтье), способном создавать большие температурные градиенты, на котором установлено теплопроводящее зеркало. В зеркало встроена термопара или платиновый термометр сопротивления. Свет от источника обычно отражается в фотоэлемент. Фотоэлемент и тепловой насос работают по замкнутому контуру таким образом, что мощность, приводящая в действие тепловой насос, регулируется количеством света, поступающего на фотоэлемент, который, в свою очередь, контролируется наличием росы или инея на зеркальная поверхность.

Поэтому поверхность зеркала постоянно поддерживается при температуре точки росы газа. Термометр измеряет температуру зеркала, которая является точкой росы. Изменения влажности немедленно влияют на оптическую систему, и прибор быстро определяет новую точку росы.

Хотя описанная выше схема адекватно подходит для многих приложений, она имеет ряд ограничений.

Во-первых, проба газа редко бывает полностью чистой, и со временем на поверхности зеркала накапливаются загрязнения, что означает, что через определенные промежутки времени требуется физическая очистка.

Во-вторых, со временем поверхность зеркала царапается и истирается, что влияет на его отражательную способность и эксплуатационные характеристики.

В-третьих, существует проблема переохлажденной воды. Очевидно, что при атмосферном давлении, когда зеркало в таком приборе охлаждается, при температуре выше 0ºC на его поверхности конденсируется вода. Однако ниже 0ºC в игру вступает элемент неопределенности. Это связано с тем, что ниже нормальной точки замерзания воды конденсированный слой на поверхности зеркала может быть льдом или переохлажденной водой. Переохлажденная вода может присутствовать при температурах даже до -48ºC.

Поэтому в приборе, использующем принцип охлаждаемого зеркала, важно, чтобы оптическая система определяла фазу конденсированного слоя. Этот факт ярко демонстрируется на простом примере. При точке росы -48ºC давление водяного пара газа составляет 5,0613 Па при измерении над льдом и 8,1226 Па при измерении над переохлажденной водой. Это эквивалентно разнице более чем в 4 градуса точки росы!

Уникальная рефлекторная оптическая система Stork с разделенным лучом преодолевает эту трудность. Его оптическая система определяет, какая фаза присутствует, и компенсирует ее. Кроме того, проблема загрязнения и истирания зеркал также решается в приборах STORK с охлаждаемыми зеркалами с помощью AZOR — автоматической оптической установки нуля.

Другие методы
Вышеуказанные методы наиболее часто используются в гигрометрии. Другие методы включают в себя:

абсорбционная спектрометрия,
акустическая передача,
камера Вильсона с адиабатическим расширением,
кристаллы, меняющие цвет, гравиметрические,
оптическое волокно, кварцевый балансировочный резонанс

Однако все эти другие методы используются в очень ограниченном числе коммерческих инструментов.

РубрикаРазное